ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Происхождение природных источников энергии из "Химические источники энергии" Мировое производство энергии стремительно растет. В 1962 году оно уже достигло примерно 33 10 ккал. Большую часть этого количества человечество использует для механической работы и отопления (табл. 2). Непрерывно возрастает количество электрической энергии, включаемой в этот процесс в качестве посредника. [c.29] Транспорт (без электрической энергии). . [c.29] Бытовое потребление (без электрической энергии). . Тепловые электростанции (для производства электрической энергии). . [c.29] Расход при производстве энергии (потери при превращении и распределении). . [c.29] Как уже говорилось, работу нельзя накапливать, таким образом, в природе не может быть запаса работы . Нет на Земле также электрической энергии в форме, доступной для непосредственного макроскопического использования Поэтому для покрытия энергетических потребностей общества мы вынуждены обратиться к другим источникам. [c.29] Поскольку энергию нельзя создать из ничего, мы вынуждены производить непосредственно необходимые для нас виды энергии путем преобразования других форм, причем это превращение должно быть экономичным и возможным в широких производственных масштабах, К носителям таких видов энергии следует отнести в первую очередь уголь (каменный и бурый), а также нефть и природный газ, применяющиеся в настоящее время в промышленности в качестве топлива для двигателей, производящих механическую работу или электрическую энергию. Помимо указанных выше носителей энергии, в странах с подходящим рельефом местности довольно широко используется энергия воды ( белый уголь ) и в меньшей мере ветра. В развитых странах применение мускульной энергии животных все больше и больше отходит на задний план. В настоящее время постоянно растет доля атомных электростанций в общем производстве электрической энергии. [c.30] В связи со стремительным ростом потребности в энергии во всем мире предпринимаются попытки использовать в производственных целях новые источники энергии, например солнечное излучение. Предлагается, в частности, концентрировать солнечную энергию с помощью зеркал, а добытое таким образом тепло использовать Для получения пара, который сможет приводить в движение турбины. Исследования в области полупроводников еще не дали больших результатов, но в настоящее время они уже обеспечивают возможность изготовления термо- и фотоэлементов, при помощи которых энергия теплового или светового излучения Солнца может быть превращена в электрическую энергию с к. п. д. 10—13%. [c.30] Ученые занимаются также проблемой использования тепла Земли. Температура внутри Земли растет с глубиной. Если подвести тепло с больших глубин к поверхности земли, то можно, понижая эту температуру, частично превратить тепло в работу. На этом принципе уже построены геотермические электростанции. Однако на пути их более широкого распространения стоят еще не преодоленные технические трудности. [c.30] Предпринимаются также попытки использовать энергию, соответствующую разности уровней поверхности воды во время прилива и отлива. [c.30] Уголь (каменный и бурый), употребляемый как горючее или топливо, в большинстве случаев залегает в земле (часто на глубине многих сотен метров). Только некоторые залежи бурого угля встречаются на поверхности земли или непосредственно вблизи поверхностных слоев. Добытый уголь, кроме углерода, содержит различное количество соединений (главным образом соединений углерода с кислородом и водородом, и в меньшем количестве — с азотом, серой и другими элементами). Основными химическими элементами, входяш,ими в состав угля, являются углерод, кислород и водород (табл. 4). [c.32] Бурые и каменные угли в большинстве своем имеют растительное происхождение и содержат в небольшом количестве минеральные вещества. Они образовались в теплом и сыром климате в глубокой древности из сильно разросшихся растений, когда они после гибели погружались на дно водоемов и поэтому не подвергались тлению и гниению, при которых содержащийся в растениях углерод большей частью превращается в углекислый газ и другие летучие вещества. В процессах разложения этих растений (главным образом под воздействием микроорганизмов) из них высвобождаются соединения, богатые водородом и кислородом, а содержание углерода растет — образуется торф. Торф затем покрывается другими отложениями (песком, глиной) и в результате геологических движений опускается в глубь земли, где под давлением и при высокой температуре процесс торфообразования переходит в процесс угле-образования (повышения содержания углерода). В ходе связанной с этим процессом миграции элементов содержание водорода и кислорода продолжает уменьшаться, а содержание углерода — расти в результате из торфа получаются бурый уголь, каменный уголь и, наконец, антрацит. Бурые угли образуются в течение 40—60 миллионов лет, а возраст каменного угля составляет по крайней мере 200—300 миллионов лет. Степень окаменения угля (обогащения углеродом) зависит, однако, не только от возраста, а в большой степени от других факторов, прежде всего от температуры и давления. [c.33] Названия каменный уголь, нефть минеральное масло), указывающие на их происхождение из неживого материала (геологическое, а не биологическое), оправданы только отчасти. В действительности эти продукты образовались из веществ, возникших в результате жизнедеятельности животных и растений, и потому имеют биологическое происхождение. Однако те превращения, которые привели к образованию из животных и растительных организмов каменного угля, нефти и газа, в большинстве своем носят не биологический характер, а являются анедствием геологических и геохимических условий (давление, температура и т. д.), создавшихся в окружающей неживой среде. Известны и другие минералы, которые представляют собой продукты превращений биологических веществ (например, мел). [c.34] Не вдаваясь глубоко в подробности биологических процессов, можно сказать, что в развитии живого мира решающую роль играют растения. Известно, что растения могут существовать без животных, а животные без растений не могут. Значительная часть животных поедает растения, остальные (плотоядные) питаются мясом травоядных (это относится также к человеку). Косвенно, таким образом, они добывают свою пищу также из растительного мира последний служит не только материалом для строительства тканей тела, но и дает необходимую им энергию. Таким образом, если нас интересует в общих чертах происхождение энергии у живых организмов, то достаточно исследовать вопрос о происхождении энергии, аккумулированной в растениях. [c.35] Вопрос о происхождении веществ, из которых строятся растительные организмы, составляет предмет научного спора уже в течение столетий, поскольку процесс питания растений (в отличие от животных) не поддается непосредственному наблюдению. Только в XIX столетии было окончательно установлено, что растения строят свои организмы из атмос( рного углекислого газа, всасываемой из почвы воды, а также азота, фосфора, серы, калия и других элементов, входящих в состав неорганических веществ, которыми питаются растения. Углекислый газ и вода, служащие основным питанием растений,—очень простые, энергетически бедные соединения, характеризующиеся низкой химической активностью, тогда как основные соединения растительного (а также животного), происхождения имеют, как правило, очень сложный состав, высокое энергетическое содержание и, при определенных условиях, относительно большую химическую активность. Таким образом, естественно предположить, что построение растительных организмов из природного сырья должно происходить под воздействием некоего мощного источника энергии, которая может быть превращена в химическую энергию сложных соединений. Только во второй половине XIX столетия было точно установлено, что источником этой энергии является Солнце (его световая энергия). [c.35] При фотосинтезе освобождается кислород. Реакции с образованием кислорода называются восстановительными (см. гл. I, 6). [c.36] В результате окисления сложные органические соединения, полученные в процессе фотосинтеза, снова превращаются в исходные энергетически бедные вещества — углекислый газ и воду. В конечном счете весь растительный организм либо отмирает, либо становится кормом для животных (или людей). Соединения в отмершем организме начинают распадаться и под воздействием микроорганизмов окисляться. [c.37] Углерод, водород и кислород совершают, таким образом, круговорот в природе из энергетически бедных углеродных соединений в живых организмах под воздействием солнечной энергии образуются энергетически более богатые органические соединения, при этом освобождается кислород затем в ходе длинного ряда сложных превращений при поглощении кислорода вновь образуется углекислый газ и вода и т. д. [c.37] Циклический характер химии живого мира, то есть то обстоятельство, что при распаде снова образуются исходные продукты ( сырье ), чрезвычайно важен, так как в результате этого сырьевой баланс живых организмов никогда не может быть нарушен. Если бы, например, микробы не разлагали отмершие организмы, то жизнь на Земле не могла бы долго продолжаться, так как в этом случае имеющийся в нашем распоряжении запас углерода за короткий срок (с геологической точки зрения) осел бы в отмерших организмах. Не следует забывать, что изученная часть Земли (земная кора и воздух) содержит лишь 0,09% углерода. [c.37] В течение своего нормального круговорота углерод задерживается в живых организмах относительно короткое время (самое большее — несколько сотен лет). Уже здесь он может быть использован древесина и остальные части растений также являются энергоносителями, используемыми людьми с древнейших времен. С ростом потребности общества в энергии дерево уже не могло больше удовлетворить этой потребности, а стремительное уменьшение лесных массивов привело к настоятельной необходимости использовать вместо дерева другие источники энергии. [c.37] Вернуться к основной статье